Mano hidráulica (hidráulica)
INTRODUCCION
En este tema vamos a definir el concepto de presión y de presión hidrostática y estudiaremos cómo actúa y cómo varía en el seno de los líquidos en reposo.
También estudiaremos algunas aplicaciones prácticas. Los gases y los líquidos son fluidos, que pueden estar en movimiento o en reposo (estáticos), pero recuerda que, aunque esté en reposo la masa, sus partículas, los átomos y las moléculas, están en continua agitación.
La presión dentro de un líquido aumenta con la profundidad. Un objeto sumergido en un líquido en reposo experimenta, sobre cada una de sus caras, una fuerza originada por la presión que aumen ta con la profundidad y actúa perpendicularmente a dicha cara,independientemente de su orientación.
Las fuerzas originadas por la presión en las caras de un cuerpo sumergido tienen que ser, cuando los líquidos están en reposo, perpendiculares a la superficie ya que, si no fuera así, la componente horizontal de la fuerza movería el líquido paralelamente a la caras.
Sin embargo es en la industria donde nos interesa conocer cuál ha sido su implantación.
La utilización del agua data de muy antiguo.
- Se conocen obras riego que ya existían en la antigua Mesopotámica. En Nipur (Babilonia) existían colectores de agua negras.
- En Egipto también se realizaron grandes obras de riego, 25 siglos AC.
- El primer sistema de abastecimiento de agua estaba en Asiría año 691 AC.
- El tratado sobre el cuerpo flotante de Arquímedes y algunos principios de Hidrostática datan de 250 AC.
- La bomba de Pitón fue concebida 200 AC.
- Los grandes acueductos romanos empiezan a construirse por todo el imperio a partir del 312 AC.
- En el siglo XIX, con el desarrollo de tubos de hierro fundido, capaces de resistir presiones internas elevadas, la hidráulica tuvo un desarrollo rápido y acentuado.
Sin embargo hoy en día se utiliza el aceite en buena parte de aplicaciones industriales, ya que produce menor corrosión sobre los conductos y además se puede utilizar como refrigerante. Las aplicaciones son muy variadas.
El presente tema podrás seguirlo según la unidad didáctica (4ºESO) presente en DIDACTALIA y a la que puedes acceder a través de ESTE ENLACE.
De igual modo, os adjunto esta interesantísima web enlazada a través de DIDACTALIA muy intuitiva e instructiva. Pulsa este ENLACE para acceder.
Asimismo se adjunta este enlace hacia el LABORATORIO VIRTUAL DE PRENSA HIDRÁULICA.
LOS FLUIDOS A PRESIÓN
Según la teoría cinética, toda la materia, desde un papel a una gota de agua, está formada por partículas (átomos o moléculas) en continuo movimiento.
Las partículas que constituyen un gas se encuentran bastante alejadas entre sí y se mueven desordenadamente en todas direcciones. Tienden siempre a expandirse, por lo que se dice que un gas no tiene volumen ni forma propia, sino que adquiere los del recipiente que lo contiene. Por esta razón, los gases se pueden comprimir y expandir fácilmente sin más que modificar el volumen del recipiente.
En los líquidos, las partículas se hallan menos separadas que en los gases y las fuerzas atractivas entre ellas son lo suficientemente intensas como para impedir que se separen, deslizándose unas sobre otras. Los líquidos tienen volumen propio pero su forma se adapta a la del recipiente que los contiene. Por tanto, no se pueden comprimir: se dice que son incompresibles.
Un fluido almacenado en un recipiente ejercerá una fuerza sobre las paredes del mismo. La fuerza ejercida por unidad de superficie se denomina presión.
La unidad de presión en el Sistema Internacional es el Pascal (Pa), que equivale a 1 N/m. También se emplean otras unidades para medirla, como por ejemplo la atmósfera, el bar, los milímetros de mercurio, etc.
La presión es una magnitud que define el estado del gas. Nos informa de la fuerza de empuje que puede realizar un gas sobre la unidad de área, en función del número de choques que se producen sobre la superficie.
Las unidades que se utilizan para la presión son:
- 1 atmósfera ≈ 1 bar = 1 kg/cm2 = 105 pascal
- Caudal: es la cantidad de fluido que atraviesa la unidad de superficie en la unidad de tiempo. Caudal = Volumen / tiempo
- Potencia: es la presión que ejercemos multiplicada por el caudal. 5 W(potencia) = Presión * Caudal
PRINCIPIO DE PASCAL
El principio de Pascal establece que toda presión ejercida sobre un líquido se transmite con la misma intensidad y de forma instantánea a todos sus puntos. Si se coloca un líquido en el interior de dos cilindros comunicados entre sí y cerrados por dos émbolos, como muestra el dibujo, la presión ejercida sobre el émbolo del primer cilindro (P1) se transmite por el líquido, de forma que el émbolo de la segunda se somete a la misma presión:
P1= P2
Por lo tanto: Si elegimos adecuadamente la superficie de los émbolos, podemos conseguir que la fuerza recogida en el segundo émbolo (F2) sea varias veces mayor que la fuerza inicial aplicada (F1). Por ejemplo, si S2 es el doble que S1 la fuerza F2 será también el doble que F1. 6 Este efecto tiene muchas aplicaciones: elevador hidráulico, frenos de los automóviles, etc. Cuanto mayor sea la diferencia entre las superficies de los émbolos, menor será la fuerza necesaria para realizar un mismo esfuerzo. El fluido consigue un efecto multiplicador o amplificador de las fuerzas aplicadas.
APOYO TEST CONOCIMIENTOS
El colegio Alcaste de Logroño pone disposición de sus alumnos, y de quien los quiera utilizar en la Red, una bateria de 20 cuestiones sobre fuerzas y presión en fluidos. Para cada una detallan como posible respuesta cuatro opciones. ¡Pon a prueba tus conocimientos sobre el tema con ese test interactivo!
PRÁCTICA. MANO HIDRÁULICA
Como aplicación a los conocimientos que intentamos introducir en ese tema, desarrollaremos en clase una mano articulada, realizada con cartón como material base. Esta mano contará con tantas articulaciones como presentan las manos humanas, contando con dedo pulgar prensil. El accionamiento será a través de jeringuillas con agua y conectadas dos a dos a través de tubos de pvc flexibles de los que se colocan habitualmente en los circuitos incorporados en peceras.
La mano debe decorarse y colocarse en un soporte del modo que lo muestran las fotos siguientes. El criterio de evaluación queda incorporado al final de esta entrada así como las fechas de entrega.
Adjunto os dejo, igualmente, en el lateral un video de los trabajos desarrollados durante el curso 2014-15 y a continuación, dos imágenes imprimibles con los distintos elementos que compondrán la mano en cuestión.
